Question

（2013?惠山區(qū)一模）上海國際一級方程式賽車場呈“上”字造型，賽道總長約5.4公里，擁有14個不同轉(zhuǎn)彎半徑的彎道和9種不同組合的賽道．賽車比賽中，車手要不斷改變賽車的速度和運(yùn)動方向．賽車比賽精彩激烈、難度大、科技含量高．
（1）為了保證比賽的安全，賽場安排了巡警，如圖1是巡警所用的某品牌電動巡邏車，其主要技術(shù)參數(shù)如表所示．已知該電動巡邏車在水平路面上勻速行駛時所受的阻力為人車總重的0.04倍，設(shè)該電動機(jī)能把電能全部用來牽引巡邏車克服阻力做功．總質(zhì)量為220kg的四名巡警乘坐該車，在水平路面上以額定功率勻速行駛10min．

整車裝備質(zhì)量	680kg
電動機(jī)額定功率	3kW
額定工作電壓	48V
最高時速	30km/h

求：
①電動機(jī)消耗了多少電能？
②巡邏車通過了多少路程？
③若輪胎與地面的總接觸面積是9×10^-2m²，巡邏車停止時，人和車對地面的壓強(qiáng)是多大？（g取10N/kg）
（2）賽車運(yùn)動對汽車工業(yè)的促進(jìn)作用很大，為節(jié)約能源．目前汽車剎車器均采用油壓制動．油壓制動剎車時消耗的機(jī)械能以內(nèi)能形式排放掉，形成能源的浪費(fèi)．現(xiàn)有一種汽車再生制動器，能把汽車剎車制動時消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能而儲存起來，有效地利用了能量．將汽車正常行駛時關(guān)閉發(fā)動機(jī)，直至汽車停止的過程中，通過再生制動器將動能轉(zhuǎn)化為電能的效率稱為儲能效率．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，汽車再生制動器相當(dāng)于

發(fā)電機(jī)

．（電動機(jī)/汽油機(jī)/發(fā)電機(jī)）
（3）某次測試過程中，先讓汽車正常行駛，然后關(guān)閉發(fā)動機(jī)，分別測出開啟和關(guān)閉再生制動器兩種情況下，汽車通過的路程s與對應(yīng)的速度大小v，計算出動能E_k，作出E_k-s圖象，如圖2．可以看出，開啟再生制動器進(jìn)行測試的圖線是①、②中的

②

，該次測試中儲能效率為

60%

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)W=Pt求出電動機(jī)消耗的電能；
②首先求出總重力，再求出巡邏車的牽引力，再根據(jù)P=

W

t

求出牽引力做的功，最后根據(jù)W=Fs求出通過的路程；
③根據(jù)G=mg求出重力，對地面的壓力等于其重力，再根據(jù)p=

F

S

求出對地面的壓強(qiáng)；
（2）發(fā)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的，將動能轉(zhuǎn)化為電能；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運(yùn)動時速度不變，動能不變，當(dāng)關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，速度減小，動能減小，但動能與速度的平方成正比，因此動能與路程的圖象應(yīng)是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關(guān)閉發(fā)動機(jī)后行駛40m-30m=10m；開啟再生制動器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為

4m

10m

=

2

5

=40%，即可求出儲能效率．

解答：解：（1）①電動機(jī)消耗電能：W=Pt=3000W×10×60s=1.8×10⁶J；
②總重力：G=mg=（m_車+m_人）g=（680Kg+220Kg）×10N/kg=9000N，
牽引力：F=f_阻=0.04G=0.04×9000N=360N，
∵P=

W

t

，
∴發(fā)動機(jī)做的功：W=Pt=3000W×600s=1.8×10⁶J，
∵W=Fs，
∴巡邏車通過的路程：s=

W

F

=

1.8×106J

360N

=5000m；
③車對地面的壓力：F=G=9000N，
車對地面的壓強(qiáng)：p=

F

S

=

9000N

9×10-2m2

=1×10⁵Pa；
（2）汽車再生制動器，能把汽車剎車制動時消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能而儲存起來，所以汽車再生制動器相當(dāng)于發(fā)電機(jī)；
（3）從圖象中可以看出，汽車做勻速直線運(yùn)動時速度不變，動能不變，當(dāng)關(guān)閉發(fā)動機(jī)后，速度減小，動能減小，但動能與速度的平方成正比，因此動能與路程的圖象應(yīng)是②．
由圖象可以看出正常行駛的情況下，關(guān)閉發(fā)動機(jī)后行駛40m-30m=10m；開啟再生制動器行駛的距離為34m-30m=4m，所以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率為

4m

10m

=

2

5

=40%，所以儲能效率為1-40%=60%．
故答案為：（1）①電動機(jī)消耗電能為1.8×10⁶J；
②巡邏車通過的路程為5000m；
③人和車對地面的壓強(qiáng)是1×10⁵Pa；
（2）發(fā)電機(jī)；
（3）②；60%．

點(diǎn)評：此題主要考查的是學(xué)生對電能、重力、功率、功和壓強(qiáng)計算公式的理解和掌握，難度較大．